عدسة الكاميرا

عدسة الكاميرا أو العدسة الفوتوغرافية أو العدسة الموضوعية الفوتوغرافية هي عدسة بصرية أو مجموعة من العدسات (عدسة مركبة) تستخدم بالاقتران مع جسم الكاميرا وآليتها لعمل صور للأشياء إما على فيلم فوتوغرافي أو على وسائط أخرى قادرة على تخزين الصورة كيميائيًا أو إلكترونيًا .

لا يوجد فرق جوهري من حيث المبدأ بين العدسة المستخدمة في الكاميرا الثابتة ، وكاميرا الفيديو ، والتلسكوب ، والمجهر ، أو أي جهاز آخر، ولكن تختلف تفاصيل التصميم والبناء. قد تكون العدسة مثبتة بشكل دائم على الكاميرا، أو قد تكون قابلة للتبديل مع عدسات ذات أطوال بؤرية وفتحات وخصائص أخرى مختلفة .

على الرغم من أن العدسة المحدبة البسيطة تكفي من حيث المبدأ ، إلا أنه عمليًا، يلزم استخدام عدسة مركبة تتكون من عدد من عناصر العدسات البصرية لتصحيح (قدر الإمكان) العديد من الانحرافات البصرية التي قد تنشأ. لا بد من وجود بعض الانحرافات في أي نظام عدسات. ويقع على عاتق مصمم العدسات مهمة تحقيق التوازن بين هذه الانحرافات وإنتاج تصميم مناسب للاستخدام في التصوير الفوتوغرافي، وربما للإنتاج بكميات كبيرة.

يمكن اعتبار العدسات المستقيمة التقليدية بمثابة عدسات ثقبية "محسّنة" . وكما هو موضح، فإن العدسة الثقبية عبارة عن فتحة صغيرة تحجب معظم أشعة الضوء، وتختار في الوضع الأمثل شعاعًا واحدًا فقط لتسليطه على الجسم لكل نقطة على مستشعر الصورة. وتعاني العدسات الثقبية من بعض القيود الجوهرية:

• تكون الصورة ضبابية في الكاميرا ذات الثقب الصغير والفتحة الكبيرة، لأن كل بكسل يمثل في الأساس ظل فتحة العدسة، وبالتالي فإن حجمه لا يقل عن حجم الفتحة (الصورة الثالثة). البكسل هنا هو مساحة الكاشف المعرضة للضوء من نقطة على الجسم.
• يؤدي تصغير فتحة الإبرة إلى تحسين الدقة (حتى حد معين)، ولكنه يقلل من كمية الضوء الملتقط.
• عند نقطة معينة، لا يؤدي تصغير الفتحة إلى تحسين الدقة بسبب حد الانعراج . بعد تجاوز هذا الحد، يؤدي تصغير الفتحة إلى جعل الصورة أكثر ضبابية وأكثر قتامة.

يمكن اعتبار العدسات العملية بمثابة إجابة على السؤال: "كيف يمكن تعديل عدسة الثقب للسماح بدخول المزيد من الضوء وتقليل حجم البقعة؟". تتمثل الخطوة الأولى في وضع عدسة محدبة بسيطة عند الثقب ببعد بؤري يساوي المسافة إلى مستوى الفيلم (بافتراض أن الكاميرا ستلتقط صورًا لأجسام بعيدة ^{[ 1 ]} ). يسمح هذا بفتح الثقب بشكل ملحوظ (الصورة الرابعة) لأن العدسة المحدبة الرقيقة تكسر أشعة الضوء بما يتناسب مع بعدها عن محور العدسة، حيث تمر الأشعة التي تصطدم بمركز العدسة مباشرة من خلالها. الهندسة تكاد تكون مماثلة لعدسة الثقب البسيطة، ولكن بدلاً من أن تُضاء كل نقطة صورة بأشعة ضوئية منفردة، تُضاء كل نقطة صورة بـ "قلم" ضوئي مركز .

من أمام الكاميرا، يمكن رؤية الفتحة الصغيرة (الفتحة). تُعرف الصورة الافتراضية للفتحة كما تُرى من الخارج باسم بؤبؤ دخول العدسة ؛ في الوضع المثالي، تُركز جميع أشعة الضوء الخارجة من نقطة على الجسم والتي تدخل بؤبؤ الدخول في نفس النقطة على مستشعر الصورة/الفيلم (شريطة أن تكون نقطة الجسم ضمن مجال الرؤية). إذا كان المرء داخل الكاميرا، فسيرى العدسة تعمل كجهاز عرض . الصورة الافتراضية للفتحة من داخل الكاميرا هي بؤبؤ خروج العدسة . في هذه الحالة البسيطة، تقع الفتحة وبؤبؤ الدخول وبؤبؤ الخروج في نفس المكان لأن العنصر البصري الوحيد يقع في مستوى الفتحة، ولكن بشكل عام، تكون هذه العناصر الثلاثة في أماكن مختلفة. تحتوي العدسات الفوتوغرافية العملية على عناصر عدسة أكثر. تسمح العناصر الإضافية لمصممي العدسات بتقليل الانحرافات المختلفة، لكن مبدأ التشغيل يبقى كما هو: تتجمع حزم الأشعة عند بؤبؤ الدخول وتُركز لأسفل من بؤبؤ الخروج على مستوى الصورة.

قد تتكون عدسة الكاميرا من عدة عناصر: من عنصر واحد، كما في عدسة بوكس ​​براوني الهلالية، إلى أكثر من 20 عنصرًا في العدسات المقربة الأكثر تعقيدًا. وقد تشكل هذه العناصر نفسها مجموعة من العدسات الملتصقة ببعضها.

يُعدّ العنصر الأمامي بالغ الأهمية لأداء العدسة ككل. في جميع العدسات الحديثة، يُغطى السطح بطبقة واقية للحدّ من الاحتكاك والوهج وانعكاس الضوء ، ولضبط توازن الألوان. ولتقليل الانحرافات، يُضبط انحناء العدسة عادةً بحيث تتساوى زاوية السقوط مع زاوية الانكسار . في العدسات الثابتة، يكون هذا الأمر سهلاً، أما في العدسات المتغيرة البعد البؤري، فيُوجد دائمًا تنازلٌ ما.

عادةً ما يتم ضبط بؤرة العدسة عن طريق تعديل المسافة بين مجموعة العدسات ومستوى الصورة، أو عن طريق تحريك عناصر مجموعة العدسات. ولتحسين الأداء، تحتوي بعض العدسات على نظام كامة يقوم بضبط المسافة بين المجموعات أثناء ضبط البؤرة. وتُطلق الشركات المصنعة على هذا النظام مسميات مختلفة: تُسميه نيكون CRC (تصحيح المدى القريب)؛ وتُسميه كانون النظام العائم؛ وتُسميه هاسيلبلاد وماميا FLE (عنصر العدسة العائم ) . ^{[ 2 ]}

يُعدّ الزجاج المادة الأكثر شيوعًا في صناعة العدسات، نظرًا لخصائصه البصرية الممتازة ومقاومته للخدش. تُستخدم مواد أخرى أيضًا، مثل زجاج الكوارتز ، والفلوريت ، ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} والبلاستيك كالأكريليك (بلكسي جلاس)، وحتى الجرمانيوم والزجاج النيزكي . يُتيح البلاستيك تصنيع عدسات لا كروية الشكل يصعب أو يستحيل تصنيعها من الزجاج، مما يُبسّط عملية التصنيع ويُحسّن أداء العدسات. لا يُستخدم البلاستيك في الأجزاء الخارجية إلا في العدسات الرخيصة جدًا، نظرًا لسهولة خدشها. استُخدمت العدسات البلاستيكية المصبوبة في الكاميرات الرخيصة ذات الاستخدام الواحد لسنوات عديدة، واكتسبت سمعة سيئة: إذ يميل مصنّعو البصريات عالية الجودة إلى استخدام مصطلحات مُلطّفة مثل "الراتنج البصري". مع ذلك، تتضمن العديد من العدسات الحديثة عالية الأداء (والباهظة الثمن) من الشركات المصنّعة الشهيرة عناصر لا كروية مصبوبة أو هجينة، لذا فليس صحيحًا أن جميع العدسات ذات العناصر البلاستيكية ذات جودة تصويرية منخفضة.

يُعدّ مخطط اختبار دقة العدسات الصادر عن القوات الجوية الأمريكية عام 1951 أحد طرق قياس قدرة العدسة على التمييز. وتؤثر جودة المواد والطلاءات والتصميم على الدقة. وتُحدَّد دقة العدسة في نهاية المطاف بالحيود ، ونادرًا ما تقترب عدسات التصوير الفوتوغرافي من هذه الدقة. وتُسمى العدسات التي تصل إلى هذه الدقة "محدودة الحيود"، وعادةً ما تكون باهظة الثمن للغاية. ^{[ 7 ]}

اليوم، تُطلى معظم العدسات بطبقات متعددة لتقليل التوهج الضوئي والتأثيرات غير المرغوب فيها. تحتوي بعض العدسات على طبقة واقية من الأشعة فوق البنفسجية لمنعها من التأثير على الألوان. كما أن معظم المواد اللاصقة البصرية الحديثة المستخدمة لربط العناصر الزجاجية تحجب الأشعة فوق البنفسجية، مما يُغني عن استخدام مرشح الأشعة فوق البنفسجية. مع ذلك، يُتيح هذا المجال لنمو الفطريات على العدسات إذا لم تُعتنى بها بشكل صحيح. لذا، يضطر مصورو الأشعة فوق البنفسجية إلى بذل جهد كبير للعثور على عدسات خالية من المواد اللاصقة أو الطلاءات.

تحتوي العدسة في أغلب الأحيان على آلية لضبط فتحة العدسة، وعادةً ما تكون غشاءً قزحيًا ، لتنظيم كمية الضوء المار. في طرازات الكاميرات القديمة، استُخدمت صفيحة دوارة أو منزلق ذو ثقوب بأحجام مختلفة. لا تزال هذه الحواجز الضوئية ( واترهاوس) موجودة في العدسات الحديثة المتخصصة. أما الغالق ، الذي ينظم مدة مرور الضوء، فقد يكون مدمجًا في مجموعة العدسة (للحصول على صور بجودة أفضل)، أو داخل الكاميرا، أو حتى، نادرًا، أمام العدسة. بعض الكاميرات المزودة بغوالق ورقية في العدسة تستغني عن فتحة العدسة، ويؤدي الغالق وظيفة مزدوجة.

المعلمتان الأساسيتان للعدسة البصرية هما البعد البؤري وفتحة العدسة القصوى . يحدد البعد البؤري تكبير الصورة المسقطة على مستوى الصورة، بينما تحدد فتحة العدسة شدة إضاءة تلك الصورة. بالنسبة لنظام تصوير معين، يحدد البعد البؤري زاوية الرؤية ، حيث توفر العدسات ذات البعد البؤري القصير مجال رؤية أوسع من العدسات ذات البعد البؤري الطويل. تسمح فتحة العدسة الأوسع، والتي يُشار إليها برقم f أصغر، باستخدام سرعة غالق أسرع للحصول على نفس التعريض. معادلة الكاميرا ، أو G#، هي نسبة الإشعاع الواصل إلى مستشعر الكاميرا إلى الإشعاع على المستوى البؤري لعدسة الكاميرا. ^{[ 8 ]}

تُحدد أقصى فتحة عدسة قابلة للاستخدام بنسبة البؤرة أو رقم f ، وهو يُعرَّف بأنه البعد البؤري للعدسة مقسومًا على الفتحة الفعالة (أو بؤبؤ الدخول )، وهو رقم بلا أبعاد. كلما انخفض رقم f، زادت شدة الضوء عند مستوى البؤرة. توفر الفتحات الأكبر (أرقام f الأصغر) عمق مجال أقل بكثير من الفتحات الأصغر، مع ثبات العوامل الأخرى. قد تحتوي تركيبات العدسات العملية أيضًا على آليات للتعامل مع قياس الضوء، وفتحات ثانوية لتقليل التوهج، ^{[ 9 ]} وآليات لإبقاء الفتحة مفتوحة حتى لحظة التعريض للسماح لكاميرات SLR بالتركيز بصورة أكثر سطوعًا وعمق مجال أقل، مما يسمح نظريًا بدقة تركيز أفضل.

تُحدد الأبعاد البؤرية عادةً بالملليمترات (مم)، ولكن قد تُحدد العدسات القديمة بالسنتيمترات (سم) أو البوصات. بالنسبة لحجم فيلم أو مستشعر معين، يُحدد بطول القطر، يمكن تصنيف العدسة على النحو التالي:

• العدسة العادية : زاوية رؤية القطر حوالي 50 درجة وطول بؤري يساوي تقريبًا قطر الصورة.
• العدسة ذات الزاوية الواسعة : زاوية رؤية أوسع من 60 درجة وطول بؤري أقصر من المعتاد.
• العدسة ذات البعد البؤري الطويل : هي أي عدسة ذات بُعد بؤري أطول من القطر القطري للفيلم أو المستشعر. ^{[ 10 ]} زاوية الرؤية أضيق. النوع الأكثر شيوعًا من العدسات ذات البعد البؤري الطويل هو عدسة التقريب (Telephoto) ، وهي تصميم يستخدم تكوينات بصرية خاصة لجعل العدسة أقصر من بُعدها البؤري.

من الآثار الجانبية لاستخدام عدسات ذات أطوال بؤرية مختلفة اختلاف المسافة التي يمكن من خلالها تأطير الهدف، مما ينتج عنه منظور مختلف . يمكن التقاط صور لشخص يمد يده باستخدام عدسة واسعة الزاوية، وعدسة عادية، وعدسة مقربة، حيث تحتوي جميعها على نفس حجم الصورة تمامًا بتغيير المسافة من الهدف. لكن المنظور سيكون مختلفًا. مع العدسة واسعة الزاوية، ستظهر اليدان كبيرتين بشكل مبالغ فيه بالنسبة للرأس. ومع زيادة الطول البؤري، يقل التركيز على اليد الممدودة. ومع ذلك، إذا تم التقاط الصور من نفس المسافة، وتكبيرها واقتصاصها لتشمل نفس المنظر، فستكون للصور نفس المنظور. غالبًا ما يُنصح باستخدام عدسة ذات بُعد بؤري متوسط ​​(مقربة) في تصوير البورتريه لأن المنظور المقابل لمسافة التصوير الأطول يُعتبر أكثر جاذبية.

تُعدّ عدسة كارل زايس بلانار 50 مم f/0.7 من أوسع العدسات ذات الفتحة في تاريخ التصوير الفوتوغرافي . ^{[ 11 ] [ 12 ]} وقد اشترى المخرج السينمائي ستانلي كوبريك ثلاثًا من هذه العدسات لتصوير مشاهد في فيلمه " باري ليندون" عام 1975 ، مستخدمًا ضوء الشموع كمصدر الإضاءة الوحيد. ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

تعتمد درجة تعقيد العدسة - عدد عناصرها ودرجة عدم كرويتها - على زاوية الرؤية، وفتحة العدسة القصوى، والسعر المستهدف، بالإضافة إلى متغيرات أخرى. تتطلب العدسة ذات الزاوية الواسعة جدًا وفتحة العدسة الكبيرة تصميمًا معقدًا للغاية لتصحيح الانحرافات البصرية، التي تزداد سوءًا عند حافة مجال الرؤية وعند استخدام حافة العدسة الكبيرة لتكوين الصورة. أما العدسة ذات البعد البؤري الطويل وفتحة العدسة الصغيرة، فيمكن أن تكون بسيطة التصميم لتحقيق جودة صورة مماثلة: غالبًا ما تكفي عدسة مزدوجة (عنصران). زُوّدت بعض الكاميرات القديمة بعدسات قابلة للتحويل (بالألمانية: Satzobjektiv ) ذات بُعد بؤري عادي. يمكن فك العنصر الأمامي، مما ينتج عنه عدسة ببعد بؤري مضاعف، ونصف زاوية الرؤية ونصف فتحة العدسة. كانت العدسة النصفية الأبسط ذات جودة كافية لزاوية الرؤية الضيقة وفتحة العدسة الصغيرة نسبيًا. يتطلب ذلك تمديد المنفاخ إلى ضعف طوله الطبيعي.

تتطلب العدسات عالية الجودة ذات فتحة عدسة قصوى لا تتجاوز f/2.8 وبُعد بؤري ثابت وعادي ثلاثة عناصر على الأقل (ثلاثية) أو أربعة عناصر (يُشتق الاسم التجاري " Tessar " من الكلمة اليونانية tessera ، والتي تعني "أربعة"). غالبًا ما تحتوي عدسات التكبير ذات النطاق الأوسع على خمسة عشر عنصرًا أو أكثر. كان انعكاس الضوء عند كل سطح من الأسطح البينية العديدة بين الوسائط البصرية المختلفة (الهواء، الزجاج، البلاستيك) يُؤدي إلى تدهور كبير في تباين وتشبع الألوان في العدسات القديمة، وخاصة عدسات التكبير، لا سيما عند إضاءة العدسة مباشرةً بمصدر ضوئي. وقد أدى إدخال الطلاءات البصرية ، والتقدم في تكنولوجيا الطلاء على مر السنين، إلى تحسينات كبيرة، وتُعطي عدسات التكبير الحديثة عالية الجودة صورًا ذات تباين مقبول تمامًا، على الرغم من أن عدسات التكبير ذات العناصر الكثيرة تُمرر ضوءًا أقل من العدسات المصنوعة من عناصر أقل (مع تساوي جميع العوامل الأخرى مثل فتحة العدسة والبُعد البؤري والطلاءات). ^{[ 16 ]}

تتميز العديد من كاميرات SLR وبعض كاميرات تحديد المدى بعدسات قابلة للفصل. كما تتميز أنواع أخرى قليلة بهذه الميزة، لا سيما كاميرات Mamiya TLR وSLR، وكاميرات التنسيق المتوسط ​​( RZ67 ، RB67 ، 645-1000s). وتقدم شركات أخرى مصنعة لمعدات التنسيق المتوسط، مثل Bronica وHasselblad وFuji، كاميرات مماثلة تسمح بتبديل العدسات، بالإضافة إلى كاميرات بدون مرآة بعدسات قابلة للتبديل . تُثبّت العدسات على الكاميرا باستخدام حامل عدسة ، يحتوي على وصلات ميكانيكية، وغالبًا ما يحتوي أيضًا على نقاط توصيل كهربائية بين العدسة وجسم الكاميرا.

يُعدّ تصميم قاعدة العدسة مسألةً بالغة الأهمية لضمان التوافق بين الكاميرات والعدسات. لا يوجد معيار عالمي لقواعد العدسات، وعادةً ما تستخدم كل شركة مصنّعة رئيسية للكاميرات تصميمها الخاص، غير المتوافق مع تصميمات الشركات الأخرى. ^{[ 17 ]} توجد بعض تصميمات قواعد العدسات القديمة ذات التركيز اليدوي، مثل قاعدة عدسة لايكا M39 لكاميرات تحديد المدى، وقاعدة عدسة M42 لكاميرات SLR القديمة، وقاعدة بنتاكس K، في العديد من العلامات التجارية، ولكن هذا ليس شائعًا اليوم. كما تم ترخيص بعض تصميمات القواعد، مثل قاعدة نظام أوليمبوس/كوداك فور ثيردز لكاميرات DSLR، لشركات مصنّعة أخرى. ^{[ 18 ]} تقبل معظم كاميرات التنسيق الكبير العدسات القابلة للتبديل أيضًا، والتي تُركّب عادةً على لوحة العدسة أو على الحامل الأمامي.

تشمل أكثر حوامل العدسات القابلة للتبديل شيوعًا في السوق اليوم حامل Canon EF و EF-S و EF-M للتركيز التلقائي، وحامل Nikon Z ، وحوامل Nikon F القديمة للتركيز اليدوي والتلقائي، وحوامل Olympus / Kodak Four Thirds و Olympus / Panasonic Micro Four Thirds ، وحامل Pentax K وأنواع التركيز التلقائي، وحامل Sony Alpha (المشتق من حامل Minolta ) وحامل Sony E.

من أبرز تصميمات العدسات البصرية الفوتوغرافية ما يلي:

• أنجينيو ريتروفوكس
• ثلاثة توائم كوك
• غاوس المزدوج
• جورز داجور
• ليتز إلمار
• مستقيم سريع
• سونار زايس
• زايس بلانر
• زايس تيسار

• معالجة الأسطح البصرية لمنع تكثف الضباب
• عدسة ذات تنسيق كبير
• العدسات (البصريات)
• غطاء العدسة
• غطاء العدسة
• عدسات لكاميرات SLR و DSLR
• القطار البصري
• محول تليفوتوغرافي
• محول التلسكوب
• ويليام تايلور (مخترع)

• كينغسليك، رودولف (1989). تاريخ عدسة التصوير الفوتوغرافي . بوسطن: دار النشر الأكاديمية. ISBN 978-0-12-408640-1.
• جاي، إن كيه (2012). العدسة: دليل عملي للمصور المبدع . روكي نوك. رقم ISBN 978-1-933952-97-0.

• شرح استخدام عدسة Photo.net
• الزجاج البصري